1、第第 3 课时课时 电子云与原子轨道电子云与原子轨道 泡泡利原理和洪特规则利原理和洪特规则 目标导航 预习导引 1.了解原子核外电子的运动规律。 2.了解电子云和原子轨道的含义。 3.掌握泡利原理、洪特规则 1.通过 s 电子云、p 电子云的轮廓图,加深对电子云、原子轨道 含义的理解。 2.学会运用能量最低原理、泡利原理、洪特规则解释核外电子 的排布特点及特殊性质 目标导航 预习导引 一 二 三 四 一、电子云一、电子云 1.电子云 电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密 度分布的形象化描述。小黑点越密,表示概率密度越大。由于核外 电子的概率密度分布看起来像一片云雾,因而被形
2、象地称作电子云。 2.电子云轮廓图 为了表示电子云轮廓的形状,对核外电子的空间状态有一个形象 化的简便描述,把电子在原子核外空间出现概率P=90%的空间圈出 来,即为电子云轮廓图。 氢原子的1s电子在原子核外出现的概率密度分布图(如图) 目标导航 预习导引 一 二 三 四 3.电子云的形状 s电子云呈球形 p电子云呈哑铃状 目标导航 预习导引 一 二 三 四 有关核外电子运动规律的描述错误的是( ) A.核外电子质量很小,在原子核外做高速运动 B.核外电子的运动规律与普通物体不同,不能用牛顿运动定律来解释 C.在电子云示意图中,通常用小黑点来表示电子绕核做高速圆周运动 D.在电子云示意图中,小
3、黑点密的地方表示电子在该空间内出现的概 率密度大 解析:电子云示意图中,通常用小黑点来表示电子在核外空间某处出 现的概率,C项错。 答案:C 目标导航 预习导引 一 二 三 四 二、原子轨道二、原子轨道 1.定义 量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子 轨道。 2.各能级所含有的原子轨道数 能级符号 ns np nd nf 轨道数目 1 3 5 7 目标导航 预习导引 一 二 三 四 下列说法中正确的是( ) A.1 s电子云呈球形,表示电子绕原子核做圆周运动 B.电子云图中的小黑点密度大,说明该原子核外空间电子数目多 C.ns能级的原子轨道图可表示为 D.3d3表示3d能级有
4、3个轨道 解析:电子云是用小黑点表示电子在核外空间某处出现的概率, 小黑点不代表电子,小黑点的疏密表示电子出现概率密度的大小,A、 B项错误;3d3表示第三能层d能级有3个电子,d能级有5个轨道,D项 错误。 答案:C 目标导航 预习导引 一 二 三 四 三、泡利原理和洪特规则三、泡利原理和洪特规则 1.泡利原理 在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,而且它们的自旋状态 相反。电子自旋有顺时针和逆时针两种状态,常用上下箭头(和) 表示自旋状态相反的电子。 2.洪特规则 当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优 先单独占据一个轨道,而且自旋状态相同。 目标导航 预习导引 一 二
5、 三 四 以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。 其中违反了泡利原理的是( ) 解析:泡利原理是指在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,而 且它们的自旋状态相反,故A项违反了泡利原理。 答案:A 目标导航 预习导引 一 二 三 四 四、电子排布图四、电子排布图 在电子排布图中,用方框表示原子轨道,用箭头表示电子,其中一个 方框表示一个轨道,一个箭头表示一个电子,如13Al的电子排布图为 。 目标导航 预习导引 一 二 三 四 某原子核外共有6个电子,分布在K电子层与L电子层上,L电子层 中电子的分布正确的是( ) 解析:该原子核外电子排布式为1s22s22p2,而第二能层
6、中p能级上 的两个电子应分别占据不同的轨道,且自旋状态相同,只有D项符合 题意。 答案:D 一 二 三 知识精要 思考探究 典题例解 四 迁移应用 一、电子云一、电子云 1.在电子云图中每个小黑点不代表一个电子,也不代表电子在此 出现过,而是代表电子在核外空间某处出现的概率。 2.黑点疏密的程度代表电子在核外空间区域内出现的概率密度。 点疏的地方表示电子出现的概率密度小,点密集的地方表示电子出 现的概率密度大。 3.离核越近,电子出现的概率密度越大,电子云越密集。 4.电子云轮廓图的制作过程: 一 二 三 四 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 氢原子的原子结构示意图为 ,该图告诉我们氢原
7、子的 电子在这一电子层上绕核高速旋转,该观点对吗? 答案:不对。电子是微观粒子,不能确定其运动轨迹,只能统计出 它在核外各处出现的概率,该电子更不是在这一电子层上绕核高速 旋转。 一 二 三 四 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 【例1】 现代科学研究发现:电子在核外空间所处的位置及其运 动速度不能同时准确测定。为了描述核外电子的运动情况,现代量 子力学采用了统计的方法,即对1个电子的多次行为或多电子的一 次行为进行总的研究。如图是对氢原子核外1个电子数以百万次 的运动状态统计而得,人们形象化地称之为“电子云”(呈三维对称)。 (导学号52700007) 一 二 三 四 知识精要 思考探
8、究 典题例解 迁移应用 请回答下列问题: (1)通过对图中数百万次运动状态的统计结果的分析,你能得出什 么结论? 。 (2)离核越近,电子的能量越 ;离核越远,电子的能量 越 。 (3)有关氢原子电子云图的说法中正确的是 。 A.黑点密度大,电子数多 B.黑点密度大,单位体积内电子出现的概率大 C.电子云图是对电子运动无规律性的描述 D.电子云图描述了电子运动的客观规律 一 二 三 四 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 解析:单独看电子云图中的小黑点没什么实际意义,但从小黑点 密度的大小上则能说明电子在该区域出现的概率密度大小。(1)从 统计的结果中分析,距离原子核越近,电子出现的概率密
9、度越大;距 离原子核越远,电子出现的概率密度越小。(2)从物质的运动总是趋 于能量最低来分析。离核越近,电子云的密度越大,电子的能量越 低;离核越远,电子云的密度越小,电子的能量越高。(3)电子运动虽 然没有宏观物体那样的运动规律,但也有自身的规律,电子云就是 人们对电子运动规律的形象描述。 答案:(1)距离原子核越近,电子出现的概率密度越大;距离原子核 越远,电子出现的概率密度越小 (2)低 高 (3)BD 一 二 三 四 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 1.图1和图2分别是1s电子的概率分布图和原子轨道图。下列有 关认识正确的是( ) A.图1中的每个小黑点表示1个电子 B.图2表
10、示1s电子只能在球体内出现 C.图2表明1s轨道呈圆形,有无数对称轴 D.图1中的小黑点表示某一时刻电子曾经在此出现过一次 解析:电子云图中的一个小黑点只表示电子曾经在此出现过一 次,A项错;图2所示只是说明电子在该区域出现的概率大,在此之外 电子也能出现,不过概率很小,B项错;1s轨道呈球形而不是圆形,C项 错。 答案:D 一 二 三 四 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 2.关于电子云的叙述不正确的是( ) A.电子云是用小点的疏密程度来表示电子在空间出现概率大小 的图形 B.电子云实际是电子运动形成的类似云一样的图形 C.小点密集的地方电子在那里出现的概率密度大 D.轨道不同,电子
11、云的形态也不同 解析:用统计的方法描述电子在核外空间出现的概率大小的图形 称为电子云;常用小黑点的疏密程度来表示电子在原子核外出现概 率密度的大小。小黑点密集的地方,表示电子在那里出现的概率密 度大,小黑点稀疏的地方,表示电子在那里出现的概率密度小。 答案:B 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 四 二、原子轨道二、原子轨道 多电子原子中,电子填充原子轨道时,原子轨道能量的高低有以下规 律: 1.相同电子层不同原子轨道的能量高低:E(ns)E(np)E(nd)E(nf)。 2.电子云形状相同的原子轨道的能量高 低:E(1s)E(2s)E(3s)E(4s) 3.电子层和电子云形状相同的原子
12、轨道的能量相等,如2px、2py、2pz 的能量相等。 点拨(1)不同能层的电子云形状相同的原子轨道半径不同,能层序数n 越大,原子轨道的半径越大。 (2)s能级只有一个原子轨道。 (3)p能级有3个原子轨道,它们互相垂直,分别用px、py、pz表示。在同 一能层中px、py、pz的能量相同。 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 四 【例2】 下列说法中正确的是( ) A.因为p电子云是哑铃状的,所以p电子的运动形态也为哑铃状 B.能层为3时,有3s、3p、3d 3个轨道 C.氢原子中只有一个电子,故氢原子只有一个轨道 D.原子轨道与电子云都是用来描述电子运动状态的 解析:p电子云是哑铃
13、状的,是电子出现频率较高“区域”的形状,而 不是p电子的运动形态;能层为3时,共有9个轨道;氢原子中只有一个 电子,但氢原子不一定有一个轨道,因为轨道是人为规定的,可以存 在空轨道。 答案:D 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 四 符号3px所代表的含义是( ) (导学号52700008) A.px轨道上有3个电子 B.第三能层的px轨道有3个伸展方向 C.px电子云有3个伸展方向 D.第三能层沿x轴方向伸展的p轨道 解析:符号“3px”中“3p”表示第三能层的p轨道,“x”表示轨道沿x轴 的方向伸展。 答案:D 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 四 三、泡利原理和洪特规则三、
14、泡利原理和洪特规则 1.泡利原理 在一个原子轨道里,最多只能容纳2个电子,而且它们的自旋状态 相反,这就是泡利原理。 2.洪特规则 当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优 先单独占据一个轨道,而且自旋状态相同,这就是洪特规则。 例如,锂原子的电子排布图为,而不是。 如碳原子的电子排布图是,而不是 。 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 四 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 四 【例 3】 如果在 3p 能级上有 3 个电子,则它们应排布为(用电 子排布图表示) ,而不能排布为,因为这违 背了 ,也不能排布成,因为这违背 了 。如果 3p 能级上有 4 个电子,有
15、人认为可以排布为 ,你认为是否正确,说明理由: 。 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 四 解析:若 3p 能级上有 3 个电子,则它们应排布为 ,不能排布为,因为后者违背了泡利原理(一个轨 道最多只能容纳 2个电子,而且它们的自旋状态相反)和洪特规则(当 电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优先单 独占据一个轨道,而且自旋状态相同);同样也不能排布为,因 为这违背了洪特规则。 若 3p能级上有 4个电子,则应排布成。 答案: 泡利原理和洪特规则 洪特规则 不正确,因 为 3p 能级上只有 3 个轨道 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 四 1.下列电子排布图所表示
16、的元素原子中,其能量处于最低状态的 是( ) 解析:A、C 项违背了能量最低原理,B 项违背了洪特规则。A 中 2p 能级中的电子应填在 2s 能级,B 中 2p 能级上的电子排布应为 ,C 中电子排布图应为。 答案:D 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 四 2.下列原子的电子排布式、最外层电子排布式或最外层电子排 布图中,哪一种状态的能量较低? (导学号52700009) (1)氮原子: (2)钠原子:A.1s22s22p63s1 B.1s22s22p63p1 (3)铬原子:A.Ar3d54s1 B.Ar3d44s2 (4)碳原子: 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 四 解析
17、:本题考查的是核外电子排布遵循的原理。根据洪特规则: 当电子排布在同一能级的不同轨道时,基态原子中的电子总是优先 单独占据一个轨道,而且自旋状态相同,故(1)选B,(4)选A。根据能 量最低原理,核外电子总是先占据能量低的能级,再占据能量高的 能级,(2)中由于3s能级的能量低于3p能级的,故选A。(3)中A的3d能 级有5个电子,为半充满状态,是相对稳定的状态,所以A的能量较低, 故选A。 答案:(1)B (2)A (3)A (4)A 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 四 四、电子排布图四、电子排布图 1.电子排布图中各符号和数字的意义: 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 四
18、 2.在书写基态原子的电子排布图时,常出现以下几种错误: (违反泡利原理) (违反洪特规则) (违反洪特规则) 一 二 三 四 知识精要 典题例解 迁移应用 【例4】 下面是第二周期部分元素基态原子的电子排布图,则下 列说法错误的是( ) A.每个原子轨道里最多只能容纳2个电子 B.电子排布在同一能级的不同轨道时,总是优先单独占据一个轨道 C.每个能层所具有的能级数等于能层的序数(n) D.若同一能级的原子轨道里有2个电子,则其自旋状态相反 一 二 三 四 知识精要 典题例解 迁移应用 解析:由题给的四种元素原子的电子排布图可知,在一个原子轨 道里,最多只能容纳2个电子,即要符合泡利原理,A项
19、正确;当电子排 布在同一能级的不同轨道时,总是优先单独占据一个轨道,而且自 旋状态相同,即符合洪特规则,B项正确;任一能层的能级总是从s能 级开始,而且能级数等于该能层序数,C项正确;若在一个原子轨道 里有2个电子,则它们的自旋状态相反,若在同一能级的不同轨道里 有2个电子,则它们的自旋状态相同,故D项错。 答案:D 一 二 三 四 知识精要 典题例解 迁移应用 1.下列3d能级的电子排布图正确的是( ) 解析:A、D项中同一原子轨道内电子的自旋状态相同,违反了泡 利原理,C项违反了洪特规则。 答案:B 一 二 三 四 知识精要 典题例解 迁移应用 2.下列表示方法错误的是( ) (导学号52
20、700010) 解析:Br是35号元素,位于第四周期第A族,核外电子排布式为 1s22s22p63s23p63d104s24p5,其简化电子排布式为Ar3d104s24p5。 答案:B A.硫离子的电子式为 S 2- B.溴原子的简化电子排布式为Ar3d104s14p6 C.氮原子的电子排布图为 D.铜原子的结构示意图为 案例探究 方法总结 洪特规则特例的应用 原子核外第四能层只有1个电子的元素共有( )种(导学号 52700011) A.1 B.2 C.3 D.4 解析:根据能量最低原理,电子填入能级的顺序为1s、2s、2p、3s、 3p、4s、3d、4p;再结合洪特规则,原子第四能层只有1
21、个电子 的元素应符合1s22s22p63s23p63dn4s1的电子排布式。此时,有3种情 况符合题意,这3种情况分别是K:1s22s22p63s23p64s1, Cr:1s22s22p63s23p63d54s1,Cu:1s22s22p63s23p63d104s1。 答案:C 案例探究 方法总结 当同一能级上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、 d5、f7)和全空状态(p0、d0、f0)时,具有较低的能量和较高的稳定性。 例如,铬(24Cr)的电子排布式是Ar3d54s1(3d能级为半充满状态)而 不是Ar3d44s2,铜(29Cu)的电子排布式是Ar3d104s1(3d能级为全充 满状态)而不是Ar3d94s2。
